[发明专利]一种集总元件不等功分器及设计方法

说明书

本发明涉及一种采用最少集总元件组成的不等功分器拓扑结构及其设计方法。该功分器仅由6个集总元件组成，是目前使用元件数量最少的不等功分器电路结构。该功分器的三个端口在中心频率处都具有良好的端口阻抗匹配性能，两个输出端口具有良好的隔离特性，以及超过10％的工作带宽。这些优异特性彰显该不等功分器将在诸多领域具有明显的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种小型化不等功率分配/合成器的集总元件电路拓扑结构及设计方法，属于微波技术研究领域。

背景技术

功率分配/合成器是微波电路的基本部件之一，具有将输入信号功率分解成相互隔离的几路相等或不相等功率信号的功能，或者反过来将几路信号合成一路。因此，功分器在功率放大与合成、信号测试和正交混频解调等电路与系统中都应用广泛。功分器具有多种形式，如耦合器(包括分支线、微带混合环、平行线、兰格线等多种耦合方式)、威尔金森(Wilkinson)形式等。从实现方法上则可分为波导型、同轴线型、带状线型及微带线型等。此外，也可以按照两路功分端口的相对相位差分为0°、90°和180°相差等不同类型的功分器。亦可以按照两个端口的功率分配比的大小，分为(3dB)等功分器和不等功分器。其中，两路具有0°相位差的威尔金森功分器具有插入损耗小、各输出支路的幅度和相位一致性好、隔离度优良等优点，是使用最多的功分器拓扑结构之一。标准的3dB等功分威尔金森功分器一般是由两根在工作中心频率点的电长度为四分之一波长传输线和一个阻值为两倍端口阻抗的隔离电阻组成，传输线的特性阻抗Z0等于功分器端口阻抗Z_s的倍。

要实现不等功分功能，不仅两根传输线的特性阻抗以及隔离电阻的阻值要根据功分比进行计算。在两个功分输出端口也必须各自额外增加一根四分之一波长阻抗变换器，以将其端口阻抗变换到50欧姆标准阻抗。其典型原理图可参见下图1a。如果直接采用传输线的T型或PI型等效集总元件电路替换传输线来实现集总元件不等功分器，所需的集总元件个数为4*3+1＝13个。图1b和图1c则给出了两种已经进行了结构优化的新型集总元件不等功分器，所需最少集总元件个数分别为10个和8个。

发明内容

本发明的目的是：减少集总元件不等功分器中使用的集总元件的个数。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供了一种集总元件不等功分器，其特征在于，电路结构由输入端口并联到地的电容C₁，输入端口分别到输出端口一、输出端口二的电感L₁和电感L₃，输出端口一和输出端口二之间的隔离电阻R和电容C₂，以及隔离电阻R和电容C₂之间并联到地的电感L₂组成；

输入端口、输出端口一和输出端口二均具有端口阻抗匹配性能；输出端口一和输出端口二具有相等的非±90°相移，以及不相等的功率分配比，并且互相隔离。

优选地，在所述电路结构内插入电长度为整数倍波长的传输线结构，视为与本发明具有完全的等效性。

优选地，所述电容C₁、电容C₂采用引线直插或者贴片封装的电容，或者采用高/低阻抗传输线所等效的等值电容；

所述电感L₁、电感L₂、电感L₃采用引线直插或者贴片封装的电感，或者采用高/低阻抗传输线所等效的等值电感；

所述隔离电阻R采用引线直插或者贴片封装的电阻。

优选地，所述电路结构所采用的电路工艺是采用PCB电路工艺实现，或采用单片微波集成电路、薄膜印刷电路、厚膜印刷电路、低温共烧陶瓷等工艺实现。